高转差率异步发电机的温度场分析
摘要
随着风力发电的迅速发展,对高转差率异步发电机的单机容量和运行安全性提出了更高的要求。单机容量以及各项技术指标不断增加,引起电机各部分温度升高,这直接影响电机的使用寿命和运行的安全可靠性,所以对现代电机的发热与冷却问题进行研究显得日益重要。
在高转差率异步发电机的设计中,合理掌控电机稳态时的温升和其他各项指标,是电机研发成功与否的重要因素。在电机设计阶段,只有初步计算电机的温度分布和相关部件所限制的平均温升,才能对风机的热处理进行研究,进而使设计方案更加先进合理。
本文以160kW-6型电机为研究对象,对电机内温度场进行耦合分析。根据传热学理论,首先建立了电机二维温度场的模型,其次建立了电机转子部分三维温度场的模型,给出了电机损耗及散热系数的计算方法。应用有限元软件ANSYS进行计算分析。最后分析了转差率变化对电机温度场分布的影响,以及有效的散热方法,得出了一些有益的结论。
关键词温度场;高转差率异步发电机;有限元法;ANSYS
Analysis on the temperature field in high slip induction generator
Abstract
With the fast development of wind power, the unit capacity and running safety of high slip induction generator is expected to reach a higher level. The higher temperature of each part of motor caused by the increase of unit capacity and technical indic ators directly affects motor’s service life, operating safety and reliability. Thus, it is increasingly essential to research on heating and cooling for modern motor.
For designing high slip induction generator, it is decisive to soundly control motor’s s teady-state temperature rise and other indicators. In the period of motor designing, only preliminarily calculating the temperature distribution of the motor and average temperature rise limited by related components, can thermal treatment for wind generator be researched. In this way, design solutions can be more rational.
This paper studies 160kw-6 motor, making coupling analysis on temperature field inside motor. According to heat transfer theory, this paper firstly build up a motor’s two-dimensional temperature field model, and secondly rotator’s partial three-dimensional temperature field model,offering calculation method for motor loss and thermal coefficient by applying the finite element software ANSYS to calculate and analyze. To sum up, this paper comes to useful conclusions by analyzing the slip change’s effects on motor temperature field distribution and useful cooling method.
Keywords Temperature field; High slip induction generator; Finite element; ANSYS
目录
摘要................................................................................ 错误!未找到引用源。Abstract .......................................................................... 错误!未找到引用源。
第1章绪论 (5)
1.1 课题研究的意义 (5)
1.2 国内外研究现状 (6)
1.3 本论文的主要工作 (7)
第2章传热学原理 (9)
2.1 传热学的基本定律和导热微分方程 (9)
2.2 导热微分方程的边界条件 (12)
2.3 本章小结 (13)
第3章高转差率异步发电机的有限元原理 (14)
3.1 有限元法概述 (14)
3.2 二维场的有限元法分析 (14)
3.2.1 有限单元法的单元分析 (15)
3.2.2 有限单元法的总体合成 (15)
3.2.3 有限单元法的代数解算和电子计算机 (16)
3.2.4 代数结算 (16)
3.3 三维稳态温度场的有限元分析 (16)
3.3.1 三维稳态温度场的变分表达 (16)
3.3.2 变分问题的离散及有限元方程的形成 (17)
3.4 本章小结 (19)
第4章高转差率异步发电机相关参数的计算 (20)
4.1 电机内的发热源 (20)
4.1.1 铁芯损耗 (20)
4.1.2 绕组损耗.......................................................... 错误!未定义书签。
4.1.3 机械损耗 (21)
4.2 电机材料的导热系数 (21)
4.3 电机各部件的散热系数 (23)
4.4 本章小结 (25)
第5章高转差率异步发电机温度场的有限元分析 (26)
5.1 大型有限元计算分析软件ANSYS简介主要技术特点 (26)
5.1.1 ANSYS软件的主要优点 (26)
5.1.2 ANSYS在求解温度场方面的应用 (27)
5.2 高转差率异步发电机二维温度场仿真 (27)
5.2.1 160kw-6型高转差发电机数据 (27)
5.2.2 高转差率异步发电机二维数学模型 (28)
5.3 高转差率异步发电机转子三维数学模型 (29)
5.3.1 计算区域的确定及假设 (29)
5.3.2 转子三维温度场的边界条件 (31)
5.3.3 高转差率异步发电机转子三维温度场的计算 (32)
5.3.4 转子三维温度场的计算结果与分析 (35)
5.3.5 对于高转差率异步发电机的改进 (35)
5.4 本章小结 (35)
结论 (36)
致谢 (37)
参考文献 (38)
附录A (40)
附录B (41)
第1章绪论
1.1课题研究的意义
随着电机制造业的发展,电机的单机容量以及各项技术指标不断增加,电机的电磁负荷及热负荷也随之提高,进而引起电机各部分温度升高,这直接影响电机的使用寿命和运行的安全可靠性,所以对现代电机的发热与冷却问题进行研究显得日益重要。
在高转差率异步发电机的设计阶段,只有初步计算和确定样机的温度分布和电机相关要求部件得平均温升,才能较好地对电机各项性能指标、技术要求和材料消耗等方面进行合理的分配及调整,进而使设计方案更合理,避免在试制过程中因温升的原因而造成研发的失败和费用的提高。所以,准确的计算电机内温度的分布,对高转差率异步发电机的设计有十分重要的指导意义。
高转差率异步发电机的转差率很高在1.1~5之间,而且转差率的升高会引起铸铝转子的铝耗增加,再加上转子旋转的作用,使得冷却气体在定转子之间、或在转子和定子通风槽内的流动形态变得更加复杂,因此电机的发热和冷却温度的研究涉及到流体力学、传热学、电磁场理论和计算方法等多种学科及领域。解决电机发热与冷却问题,需要进行大量的工作和深入的研究。
对于高转差率异步发电机而言,尤其在转子部分,由于转差率的提高会导致转子上的铝耗增加,发热增加,需要有效地手段来散热。所以在对电机转子温度场分布进行研究时,主要从两个方面着手:一方面是转子发热,另一方面是电机转子的通风冷却。电机运行时会产生损耗,损耗转变成热能同时使电机各部件温度升高。电机设计除保证产品满足设计输入的要求外,还必须充分考虑电机通风冷却系统,使电机各部件温度保持在合理的范围内,确保电机安全运行。随着电机单机容量的增加,材料利用率的提高,改进通风冷却系统、提高电机散热能力是电机发展的关键技术之一。电机的通风发热计算牵涉到流体力学、传热学、电机电磁理论、电机结构等诸方面。电机内热交换是一个复杂的过程,国内尚无成熟的针对各种通风结构的计算温升的方法,也缺乏必要的研究、测试,使温升计算不准确。目前,电机温升的估算基本建立在已试制的同类型结构电机温升试验的基础上,不科学也不经济。只有通过对电机温度场的计算,系统分析影响温升的主要因素,才能找出降低温升的方法。
在分析转子温度场的基础之上,还可以探讨如何改进电机通风结构,改善内部通风,降低电机温升。电机散热是通过热传导、热幅射和热对流
的方式来完成的,热传导和热对流是电机散热的主要方式。通过通风发热计算,找出影响电机温升的主要因素,有目的地改进冷却系统的设计,才能降低温升,节约成本,提高电机单机容量或同容量时降低电机中心高,赶上国外先进水平。
本文根据传热学、有限元理论,从损耗的角度对高转差率异步发电机的温度场进行耦合分析,分别建立了电机二维温度场、转子三维温度场的数学模型和物理模型,应用有限元分析软件ANSYS进行了仿真计算,并分析了特殊位置的温度值,找出了电机内的最高发热点。最后还分析了转子不同转速下电机温度场分布的影响。不仅对高转差率异步发电机的设计和安全运行具有重大的意义,而且具有可观的工程意义。
1.2国内外研究现状
电机热问题的理论与研究是电机设计的一项重要内容,所谓热计算就是确定电机内各有效部分的热流和温度分布。自70年代开始,电机的热计算进入蓬勃发展阶段。目前,电机热计算的方法主要有以下三种:
1. 简化公式法
简化公式法是电机制造厂设计时常用的一种方法。首先,计算出各部
分的热负载q,再通过牛顿散热公式:
q
T
α
?=(α为散热系数)得到相应的
温升T
?。此法计算简单方便,因此易于被工厂接受,但计算精度较差,只能计算出电机的平均温升,不能满足日益提高的设计工作的需要。
2. 等效热路法
在工程实践中,由于电机传热问题的复杂性,一般都习惯于把温度场简为带有集中参数的热路进行计算,这种方法一般称为等效热路法。等效热路法是根据传热学和电路理论来形成等效热路,热路图中的热源为绕组的铜损耗(槽部、端部),铁损耗(齿部、轭部),这些损耗所在部件在计算时认为是均质的。并假定所分布的真实热源和热阻被少量的集中热源和等值热阻所代替,且后两者不取决于热流的大小。损耗热量通过各种相应的热阻,由热源向冷却介质传递,形成一个复杂的热网络。采用电路网络中基尔霍夫定律来列出全部热平衡方程,然后用求解线性电路的方法,计算电机各有效部分的平均温升。
等效热路法计算精度比简化公式法高,能够得到电机总体温升和平均温升,目前国内外许多文献仍在采用此方法计算大型电机温升。但是如果要提高计算精度,必须增加网络节点和热阻数,这使工作量大大增加,失去其计算工作量小等优点。
3. 温度场法
简化公式法和等效热路法只能计算电机的平均温升,而实际情况中,电机会局部发热严重,这就要求对电机各部分的温升进行较精确的计算,
尤其需要准确的指出各部分的最高温升及其出现的位置。而电子计算机的广泛应用,为人们从场的角度研究计算电机的温升提供了有力的工具。温度场法就是用现代数值方法来求解热传导方程,也就是将求解区域离散成许多小单元,在每个单元中建立方程,再对总体方程组进行求解。由此可见,温度场法将研究对象从宏观转向微观,从总体转到局部单元上来,求得每一点的温度和温升,于是在整个计算区域中的每个局部单元都能获得可靠的计算数据,从而,更加准确、合理地指导电机的设计工作。
求解温度场的常用方法有两种:有限差分法和有限单元法。由于有限差分法采用的是交直网格,因此比较难适应区域形状的任意性,而且不能区分场函数在求解域中的轻重缓急之差异,对于复杂的二类边界条件及内部介质界面的处理比较困难,比较适合求解边界比较规则的电机温度场问题[1]。
目前国内外很多学者对电机内电磁场、温度场、耦合场以及影响电磁场和温度场的某些因素进行了大量的研究工作。国际上Alonso等学者分析了谐波对电机温升的影响[2]。Austin H.Bonnett.等学者发表文章对运行温度和性能作了深入的研究[3]。M.Shanel等学者对电机的冷却系统内的流体的特性加以分析[4]。E.Gurevich对发电机的转子温度场[5],R,Krok对发电机在负载不对称情况下的转子温度场进行了计算[6]。A.Di Gerlando对大型异步电动机的定子绕组的温度场进行了计算[7]。R.Krok对发电机运行时的故障诊断进行了研究[8]。
国内学者汤蕴璆、孟大伟用有限元法对水轮发电机定子最热段三维温度场进行了计算[9]。魏永田对转子部分的温度场进行了研究[10]。李德基对大型发电机定子绕组槽部温度场和汽轮发电机直接氢冷转子三维温度场进行了计算[11]。胡敏强等学者采用圆柱坐标系下六面体有限元方法计算了大型水轮发电机定子铁芯的温度场[12]。颜威利,方日杰等学者分别用有限元法和热网络法对电磁铁三维稳态温度场和大型水轮发电机定子温度场进行了计算[13][14]。许承千等运用稳定导热问题的有限差分法分析电机的三维温度场计算[15],李伟力等基于流体相似理论和三维有限元法计算大中型异步电动机的定子三维温度场及采用六面体、八节点有限元方法对大型同步发电机定、转子和端部的温度场的计算也有一些研究工作[16][17][18]。
目前,国内外的学者对于大型发电机的温度场的研究作了很多工作,但对于高转差率异步发电机的温度场的研究工作还不多,这方面的文献也不常见。但是风力发电的迅速发展,对高转差率发电机的单机容量和运行安全性提出了更高的要求。
1.3本论文的主要工作
本文基于大中型异步电机电磁场、温度场、耦合场的研究现状,对大
中型高转差率异步发电机稳态运行时的温度场进行有限元分析;采用有限元法计算了包括定转子在内的电机二维温度场及转子的三维温度场,找出电机在运行过程中温度最高点所在,得出了一些有益的结论。
本文的工作主要包括以下几个方面:
(1)介绍了传热学理论;
(2)介绍了有限元原理及其三维温度场的有限元分析;
(3)结合相关的经验公式,给出了电机内损耗及散热系数的计算方法;
(4)以160kw-6型高转差率异步发电机为实例,应用ANSYS软件分析了定转子二维温度场;
(5)以160kw-6型高转差率异步发电机为实例,应用ANSYS软件分析了转子三维温度场。
(6)通过模拟的温度场图进行对比总结,并给出了一些建议。
第2章 传热学原理
2.1 传热学的基本定律和导热微分方程
温度场是各时刻物体中各点温度分布的总称。温度场是空间坐标和时间的函数,在直角坐标系下可表示为[19]:
(,,,)T f x y z τ= (2-1)
式中,T ——温度k ;
x, y, z ——空间的坐标;
τ——时间s 。
式(2-1)表示物体的温度在三个方向上均发生变化的三维非稳念温度场,如果温度不随时间变化,则为三维稳态温度场,这时,
T=f(x ,y ,z) (2-2) 按傅立叶导热定律,物体内单位时间内通过单位面积所传递的热量与物体内的温度梯度成正比:
T q n n
λ→→?=-? (2-3) 式中,q →——热流密度向量(简称热流相量),在直角坐标系下热流相量可以表示为:
x y z q q i q j q k →→→→
=++ (2-4) λ——物体的导热系数。 直角坐标系下傅里叶导热定律为:
x y z T T T q i j k x y z
λλλ→→→→???=---??? (2-5) 式中,x λ,y λ ,z λ——分别为x ,y ,z 方向上的导热系数。
对于各向同性材料,x λ=y λ=z λ=λ,故(2-4)式可以改写为
()T T T q i j k x y z
λ→
→→→???=-++??? (2-6) 从式(2-6)可以看出,傅立叶定律描述了热流密度、温度梯度和导热系数之间的关系,它是导热现象的基本定律。
考虑如图2-1所示直角坐标系中导热物体内部的任意一个微元体,
dV=dx dy dz,微元体的三个边长dx 、dy 、dz 分别平行于x 轴、y 轴、z 轴。此处,假设导热物体为各向同性的连续介质,其导热系数为λ,比热c 和密度ρ均为已知,并不随温度的变化而变化,且物体内含有内热源,其单位体
积单位时间内所发出的热流量v
q 。
图2-1 微元体分析 根据傅立叶定律,在d τ时间内,沿x 轴方向流入微元体的热量为
x x dQ q dydzd τ= (2-7)
相沿的沿y 轴和z 轴流入微元体的热量分别为
y y dQ q dydzd τ= (2-8)
z z dQ q dydzd τ= (2-9)
流入微元体的总热量为
1x y z dQ dQ dQ dQ =++ (2-10)
同理,在d τ时间内,从微元体总的流出热量为
2x dx y dy z dz dQ dQ dQ dQ +++=++
x d x
y d y z d z q d y d z d q d x d z d q d x d y d τττ+++=++ 222222()()()y x z x y z q q q q dx dydzd q dy dxdzd q dz dxdyd x y x T T T T T T dydzd dxdydzd dxdzd dxdydzd dxdyd dxdydzd x x y y z z
τττλτλτλτλτλτλτ???=+
++++?????????=------??????
(2-11)
微元体内热源的发热量为
3v dQ q dxdydzd τ= (2-12) 由于上式能量的存在,微元体内的内能将会增加,增加的内能为
T d E c d x d y d z d ρττ
?=? (2-13) 根据热力学第一定律,该微元体内的热平衡方程式为
132dQ dQ dQ dE +=+ (2-14)
将式(2-7)-(2-13)代入式(2-14)可以得到
222222()v q T T T T c x y z c
λτρρ????=+++???? (2-15) 方程(2-15)就是各向同性介质在直角坐标系下导热微分方程的一般形式,他描述了导热物体内总的能量守恒关系。
方程(2-15)又可以写成
2v q T T c
ατρ?=?+? (2-16) 式中,2?——拉布拉斯算符;222
2
222x y z
????=++??? α——热扩散率,c
λαρ=。 热扩散率是一个由三项物性组成的综合物性参数,也可以称为导温系数,它表示物体在加入或冷却工程中温度趋于均匀一致的能力。热扩散率和导热系数是两个不同的物理量,前者综合了材料的导热能力和单位容积的热容量的大小,而后者仅指材料导热能力的大小。
当物性参数为常数并且无内热源时,方程(2-16)可以简化为
2T T ατ
?=?? (2-17) 对于稳态温度场,方程(2-16)的左边项T τ
??=0,此时方程(2-16)可写为 20v q T c
αρ?+= (2-18) 对于无内热源的稳态温度场,方程(2-18)
22222220T T T T x y z
????=++=??? (2-19) 式(2-19)表示流入微元体的热量等于流出微元体的热量。 根据傅立叶定律和能量守恒定律,可以得出各向同性物体内温度的通用微分方程为
()v T div gradT q c λρτ
?+=? (2-20) 对于各向异性介质,在直角坐标系下的导热微分方程为
()()()x y z v T T T T q c x x y y z z λλλρτ
???????+++=??????? (2-21) 对于稳态温度场,温度T 不随时间变化,即
T τ
??=0,故微分方程(2-21)可写为
()()()x y z v T T T q x x y y z z λλλ??????++=-?????? (2-22) 2.2 导热微分方程的边界条件
各种导热问题都可以用相应坐标系下的导热微分方程来描述,包括一维的和多维、稳态和非稳态、常物性和变物性、有内热源和无内热源的导热问题。为了求解这些导热微分方程,还必须给定导热问题所对应的边界条件。
常见的导热问题的边界条件可以分为三类: 1. 第一类边界是已知任何时刻物体边界面的温度值,即
1
0s T T = (2-23) 式中,1s ——表示边界面;
0T ——既可表示稳态导热过程给定的温度值,也可以表示0T 随时间变化的非稳态导热过程的温度值。
2. 第二类边界式已知任何时刻物体边界面上的热流密度值,其边 界条件可写成
20s q T
n λ
?=-
? (2-24) 式中,0q ——是给定的通过边界面2S 的热流密度。对稳态导热过程,0q 为常量;对非稳态过程,0q 是随时间变化的量。
对于边界面是绝热的情况,式(2-24)可写成
2
0s T n ?=? (2-25) 式(2-25)表示在2S 边界面上的温度变化率为零
3. 第三类边界式边界面周围流体的温度f T 和散热系数α为已知,
根据牛顿散热公式,物体边界面3S 与刘体面的对流换热量可写成
()f q T T α=- (2-26)
式中,T ——物体边界面温度值,根据傅立叶定律,第三类边界条件可写成
3
()f s T T T n λα?-=-? (2-27)
式中, 和
T可以为常数,也可以是随时间和位置而变化的函数。
f
本小节主要参考文献[20,21,22]。
2.3本章小结
考虑到高转差率异步发电机内部的传热是三维的,因此需要建立三维稳态传热模型,通过给定边界条件,利用有限元法对转子三维稳态温度场进行计算。所以本章先介绍了传热学理论,给出了电机内的三维导热微分方程和边界条件。为温度场的有限元分析奠定了理论基础。
第3章 高转差率异步发电机的有限元原理
3.1 有限元法概述
有限单元法是对古典近似计算的归纳和总结,它吸取了有限差分法中离散处理的内核,又继承了变分计算中选择试探函数并对区域积分的合理方法。在有限单元法中,试探函数(以后称插值函数)的定义和积分计算范围,不是整个区域,而是从区域中按实际需要划分出来的单元。这就克服了古典变分计算中由于不做离散处理而不能求解复杂问题的缺点。在有限单元法中,由于对单元做了积分计算,就充分估计了单元对节点参数的贡献,从而克服了有限差分法中不考虑单元所起作用的缺点[23]。
有限元法是从变分原理或加权余量法出发,结合单元剖分和分片插
值,用于求解数理方程的一种离散化的数值方法。有限元法虽然起源于结构理论,但近年来由于此方法的有效性,迅速推广到造船、机械等工程部门并取得了很大成绩,以后又推广到非结构的各种类型场问题,如流体场、温度场、电磁场等领域。
由于泛函的局限性,使有限元法在各学科中的推广应用遇到困难。例如,在流体力学问题﹑传热学问题和扩散等问题中,有些当前还没有对应的泛函。为此近年来特别注意到从微分方程出发的“变分”,并且这个计算是在离散处理的基础上进行的,这就是离散算子的概念。例如,稳定温度场的有限单元法计算格式,可以在离散基础上从能量变分求得,也可以在离散基础上的微分方程“变分”求得(即离散算子法,国外文献中仍称作伽略金法)。
3.2 二维场的有限元法分析
数学中函数的概念是众所周知的。泛函和函数的区别在于:函数的自变量是数,而泛函的自变量是函数。所以说泛函是函数的函数。微分方程的提法:
???
????-=??-=??+??+??r f r T T n T k r T r r T x T )(012222α (3-1) 式中,r 为旋转体的半径;x 为旋转体的对称中心轴。
对于(3-1)式,相应的泛函形式为
()[]???? ??????? ?
???????? ??-+??????????+=r f D rds T T T dxdr kr r x T J r T x T 222212,α
(3-2) (3-2)式泛函的变分与(3-1)式等价。 3.2.1 有限单元法的单元分析
1. 单元变分计算的格式
对单元进行变分计算时,只要将泛函计算公式定义到单元的区域范围内就可以了。为此,得到公式(3-3)为
ds T T T dxdy y T x T k J jm f e e ?????? ??-+???
????????? ????+??? ????=αα222212边 (3-3) 式中符号e 表示单元的意思。
这里,只有边界单元的边才是边界,内部单元没有边界。边界单元的边界也不是封闭的,显然,(3-3)式适用于边界单元。
在这里,由于单元e 内的温度场已离散成只与i T ,j T 和m T 三个节点温
度有关的插值函数。所谓单元的变分计算就是计算i
e
T J ??,j e T J ??和m e T J ??之值。
在作单元的变分计算时,泛函中未知函数T 的选取是一个很重要的问题。在古典变分计算中,由于要满足整个区域D ,所以函数T 往往选取为三角函数的多项式的复杂形式。在有限单元法中,由于已经把区域D 划分成很多小块,尽管函数T 在D 中的分布很复杂,但在一个单元小块中却可近似地看作线性分布。只要单元足够小,这种线性插值函数的误差也就很小。
2. 温度插值函数
插值函数又叫试样函数或分段函数。对三角单元,通常假设单元e 上的温度T 是x,y 的线性函数,即
T=y a x a a 321++ (3-4)
式中321a a a ,,是待定常数,它们可由节点上的温度值来确定。
3.2.2 有限单元法的总体合成
由于温度场已经离散到全部节点上去,泛函实际上成为一个描写这些未知节点温度的多元函数,泛函的变分问题转化为多元函数求极值的问题。
如果区域D 上n 个节点的温度都是未知量,则多元函数具有J
(21T T ,,…,n T )的形式,J 取极值的条件为
0=??∑=??k
e
e k T J T J ,=k 1,2,…,n (3-5)
如果区域D 上n 个节点的温度中,最后的L 个为已知量(即第一类边界条件),则多元函数具有J(,,21T T …,L n T -)的形式,J 取极值的条件为
∑==??=??e k
e
k k T J T J 10,,2,…,L n - (3-6) 式(3-5)和式(3-6)是总体合成的基础。
3.2.3 有限单元法的代数解算和电子计算机
有限单元法在实际应用中是离不开电子计算机的,因为它要求对成百个以致上千个节点和单元进行计算和合成,最后还要求解一个成百阶以致上千阶的大型线性代数方程组。这样,不用电子计算机是无法完成的。
在电子计算机上用有限单元法求解稳定温度场问题的一般步骤是:将计算机对象划分成单元并编制节点号和单元号,确定单元的m j i ,,节点号的关系,单元的导热系数和边界条件以及节点坐标等有关数据。将这些信息输入电子计算机,然后由计算机根据前面介绍的公式作计算并自动形成系数阵[k]和右端向量{p},最后求解如公式(3-8)所示的线性代数方程组: [K]{T}={p}
式中系数阵[K]为一n×n 的对称正定矩阵,其中n 为区域划分的节点数;{T}为所要求解的由n 个节点温度组成的未知列向量;{p}为已知的右端列向量。 由于[K]是对称正定阵,行列式0>K ,方程组(3-8)有唯一解。
3.2.4 代数结算
有限单元法的计算最后都归结为求解一个线性代数方程组。代数解算一般分为迭代法和消去法。
3.3 三维稳态温度场的有限元分析
3.3.1 三维稳态温度场的变分表达 对于稳态温度场,在直角坐标系下的热传导方程为
()()()x y z v T T T T q c x x y y z z λλλρτ
???????+++=??????? (3-9)
当物体导热微分方程建立起来,还必须给定其他边界条件,以确定其温度场的分布。常见的温度场边界条件以在第二章提出:
(1) 若在边界面1S 上,物体的温度是给定的,称为第一类边界条件
1
0s T T = (3-10) (2) 若在边界面2S 上,热流密度0q 为一恒定值,称为第二类边界条
件。特变对于0q =0的情况,即在边界面2S 上没有热传导,称为绝热边界条件。第二类边界条件可表达为
20s q T
n λ?=-
? (3-11)
(3) 若已知便见面3S 周围介质的温度f T 以及物体边界面3S 与周围 介质之间的热交换系数α,称为第三类边界条件。根据牛顿散热定律,第三类边界条件可表达为:
3
()f S T T T n λα?-=-? (3-12) 对于论文所分析高转差率异步发电机,满足的边界条件为第一类和第三类边界条件,有式(3-9)、(3-10)和(3-12)组成了各向异性介质中三维稳态温度场的边值问题,为:
103()()()()x y z v s f s T T T T q c x x y y z z T T T T T n λλλρτλα????????+++=??????????=????-=-???
(3-13) 数学上已证明,对应式(3-13)的等价变分问题为:
31222201()[()()()]2(2)2x y z v v f v S s T T T J T dV x y z Tq dV T T T ds min T T λλλα????=++??????-+-=??=???
??? (3-14)
3.3.2 变分问题的离散及有限元方程的形成
把求解区域剖分成E 个单元,则上述变分问题可写成
1112341122212234()()()
1()()()22E E e e e e e e e e x y z V e V V e S e f S J T J T J J J J T T T J dV x y z J Tq dV J T ds J T Tds λλλαα==?==+++????????=++???????????=-??=???=-??
∑∑???? (3-15) 采用六面体单元,单元内任意点的温度T 用单元形状函数e N 和节点温度e T 表示为:
T =e e N T (3-16)
式中,e T =,,,,,,,T
i j m k i j m k T T T T T T T T ''''????
,,,,,,,e i j m k i j m k N N N N N N N N N ''''??=?? 考虑到: ,,e
e
e
e e e T N T N T N T T T x x y y z z
??????===?????? (3-17) 则,
1122132
41()2()1()2()e T e e e e T e e e T e e
e e T e
e J T k T
J T f J T k T J T f ?=??=-?????=-? (3-18) 式中,1e k 为88?方阵,其元素l k 、n k 为:
l k 、n k =111e n n n x y z V N N N N N N dV x x
y y z z λλλ????????++??????????? (3-19) (,,,,,,,,)l n i j m k i j m k ''''=
2e f 为81?列阵,其元素21f 为:
21e
l V f qN dV =? (,,,,,,,,l n i j m k i j m k ''''= (3-20) 3e k 是88?的方阵,其元素3,l n k 为
3,e
l n l e S k N N ds α=? (,,,,,,,,l n i j m k i j m k ''''= (3-21) 4e f 式81?列阵。其元素4l k 为:
4e l e l S k T N ds α=? (,,,,,,,,l n i j m k i j m k ''''= (3-22) 由此可得
1234111()()()()()2
2E e T e e e T e e T e e e T e e J T T k T T f T k T T f =??=-+-????∑ 132411()()2E T e e T e e e T K K T T F F =??=+-+???
?∑ 12
T T T KT T F =- (3-23) 式中,T 为求解域内全部节点温度所形成的温度列阵;K 和F 分别为总体系数矩阵和总体右端向量:
131()E
e e e K K K ==+∑
241()E
e e e F F F ==+∑ (3-24)
当泛函取极值式,去变分0J δ=,故
0J T
?=?,由此可得 KT=F (3-25)
再用第一类边界条件修改次方程组,求解修改后的方程组,即可以得到各点的温度值。 3.4 本章小结
有限元计算温度场就是用现代数值方法来求解导热微分方程,并得到电机求解域的温度分布。本章先介绍了有限单元法在二维稳态温度场中的应用,接着结合传热学理论给出了电机内的三维导热微分方程和边界条件。通过求解合成的大型线性代数方程组即可得到电机内的温度场。
第4章 高转差率异步发电机相关参数的计算
4.1 电机内的发热源
电机是一种机电能量转换机构,在机电能量转换过程中不可避免地要产生损耗,这些损耗最终绝大部分变成热量。其中一部分由冷却介质带走,余下的部分则转换成热量,使电机各部分温度升高。准确计算电机内损耗分布是进行温度场及温升计算的基础。电机的损耗从产生的部位划分,一般可分为三类,即铁心损耗、绕组损耗和机械损耗。
4.1.1 铁芯损耗
在电机铁心中产生的损耗包括铁心中的基本损耗和附加损耗,附加损耗又分为空载附加损耗和负载附加损耗。铁心中主磁场变化产生的铁心损耗一般称为基本铁耗;定转子开槽引起气隙磁导谐波磁场载对方铁心中引起的损耗称为空载附加损耗;电机带负载后,由于存在漏磁场和谐波磁场而产生的损耗称为负载附加损耗。铁心的基本铁耗由于产生原因的不同,可分为磁滞损耗和涡流损耗。但两者同时发生在铁心中,没有必要将两者分开计算。因而基本铁耗的表达式为:
Fe a Fe Fe P K p G = (4-1)
式中,Fe G ——铁心净用铁量
a K ——由于硅钢片加工、磁通密度分布不均,以及其不随时间正弦变化等原因而引起损耗增加的系数;
Fe p ——单位质量的损耗,也称比损耗。
由于铁心中轭部和齿部加工情况及磁通密度分布不同,因而铁心中轭部与齿部基本铁耗应分别计算。 这里需要指出:
2 1.310050
()Fe f p p B f = (4-2) 由式(4-2)容易看出,铁心损耗在很大程度上取决于电机磁场的交变频率。而在异步电机中,转子铁心中的磁场交变频率为f 2=sf 1,s 为电机的转差率。一般的异步电动机由于转差率很低,转子铁损相对于定子铁损可以忽略不计。但作为高转差率异步发电机,其转差率很高,因此转子铁损相对于定子铁损不可以忽略不计。
2H313041汽轮发电机系统主要设备的安装技术要求 一、汽轮发电机系统主要设备 1、汽轮机的分类和组成: (1)、汽轮机的分类: A、按照工作原理划分:冲动式汽轮机和反动式汽轮机 B、按照热力特性划分:凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽气式汽轮机、抽气背压式汽轮机、多压式汽轮机; C、按照主蒸汽压力划分:低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、超高压汽轮机、亚临界压力汽轮机、超临界压力汽轮机和超超临界压力汽轮机; D、按结构型式划分:单级汽轮机和多级汽轮机; E、按气流方向划分:轴流式、辐流式和周流(回流)式汽轮机; F、按用途划分:工业驱动(大型风机、水泵、压缩机)和电站汽轮机。 (2)、汽轮机的组成: A、汽轮机本体设备、蒸汽系统设备、凝结水系统设备、给水系统设备和其他辅助设备组成。 B、汽轮机本体设备主要由静止部分(汽缸、喷嘴组、隔板、隔板套、汽封、轴承及紧固件)和转动部分(叶栅、叶轮、主轴、联轴器、盘车器、止推器、危急保安器)组成。 2、发电机类型和组成:
(1)、发电机类型: A、按照原动机划分:汽轮、水轮、柴油、风力和燃气轮发电机。 B、按照冷却方式划分:外冷式和内冷式发电机。 C、按照冷却介质划分:空气冷却、氢气冷却、水冷却以及油冷却发电机。 D、按照结构形式划分:旋转磁极式(凸极式和隐藏式)和旋转电枢式。 (2)、发电机组成 A、定子和转子两部分组成 B、定子主要由机座、定子铁心、定子绕组、端盖等部分组成。 C、转子主要由转子锻件、激磁绕组、护环、中心环和风扇等组成。 二、汽轮机主要设备的安装技术要求 1、汽轮机设备安装程序: (1)、基础和设备的验收 (2)、汽轮机本体的安装 (3)、其他系统安装 2、工业小型汽轮机的安装技术要求 (1)、安装一般程序: A、工业小型汽轮机有整装和散装两种方式。
QFS 50-300MW系列 双水内冷汽轮发电机产品说明书(上海汽轮发电机有限公司制造)
目录 一.概述 (01) 二.技术数据 (02) 三.发电机结构 (03) (一)概述 (03) (二)发电机定、转子绕组冷却水系统 (03) (三)定子 (04) (四)转子 (07) (五)空气冷却器 (09) (六)轴承 (09) 四.发电机的接收、吊运和储存 (09) (一)概述 (09) (二)接收 (09) (三)吊运 (09) (四)储存期间的防护 (10) 五.发电机的安装 (11) (一)概述 (11) (二)对基础结构的基本要求 (11) (三)水路系统的布臵和安装要求 (11) (四)安装前的检查和试验 (12) (五)发电机的安装程序 (16) (六)定子的安装和水路检查 (17) (七)转子的安装 (18) (八)转子进出水支座的安装 (19) (九)空气冷却器的安装 (20) (十)保护用接地电刷的安装 (20) 六.发电机运行和控制 (20) (一)运转前的检查 (20) (二)开车启动步骤 (21)
(三)发电机的励磁、并列和加负荷 (21) (四)发电机的停机 (22) (五)运行时的监视、维护和注意事项 (22) 七.发电机的故障 (26) (一)漏水 (26) (二)水路系统的故障 (27) (三)电气故障 (27) (四)定子部分的其它故障 (28) (五)转子部分的其它故障 (28) (六)其他故障 (29) 八.维护和检修 (29) (一)定、转子线圈水路正反冲洗 (29) (二)更换定子绝缘引水管 (30) (三)定子端部结构件上通水冷却的铜管 (31) (四)拆装大护环 (31) (五)发电机漏水的处理 (32) (六)发电机定子的检修 (33) (七)其它 (34) 九.转子绝缘引水管的安装、使用和维修 (34) 附录A配125MW、300MW发电机用的永磁付励磁机使用维护注意事项 (35) 部件图纸 (37)
发电机定子铁芯损耗试验 施工方案 批准: 初审: 编制: 设备管理部 2015年01月14日
发电机定子铁芯损耗 试验方案 一、施工项目简介 我厂发电机为哈尔滨电机厂生产的QFSN-600-2YHG型汽轮发电机,发电机采用内部氢气循环,定子绕组水内冷,定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却,转子绕组氢气内冷的冷却方式。 为了防止运行中因片间短路引起局部过热,甚至威胁到机组的安全运行,必须进行铁芯损耗试验。 二、施工方案 1、施工准备 1.1物资准备 1.2人员准备 哈尔滨电机厂现场服务人员负责密封垫更换工作,设备管理部电气专业人员配合。 1.3机械设备准备 根据现场实际情况,准备扳手、螺丝刀、热成像仪等。 2、施工方案 2.1试验原理 在发电机定子铁芯上缠绕励磁绕组,绕组中通入一定的工频电流,使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通,通常取励磁磁感应强度为1~1.4 T,铁芯在交变磁通中产生涡流和磁滞损耗,铁芯发热,温度很快升高。同时,使铁芯中片间绝缘受损或劣化部分产生较大的局部涡流,温度急剧上升,从而找出过热点。试验中用红外线测温仪测出定子铁芯、上下齿压板及定子机座的温度,计算出温升和温差;用红外线热成像仪扫描查找定子铁芯局部过热点及辅助测温;在铁芯上缠绕测量绕组,测出铁芯中不同时刻的磁感应强度,并根据测得的励磁电流、电压计算出铁芯的有功损耗。把测量、计算结
果与设计要求相比较,来判断定子铁芯的制造、安装整体质量。 2.2试验接线图 W1:励磁绕组 W2:测量绕组 A:测量绕组电流表 W:测量绕组功率表 V2:测量绕组电压表 2.3试验标准 2.3.1《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596-1996),励磁磁通密度为1.4T(特斯拉)下持续时间为45min,齿的最高温升不得超过25℃,齿的最大温差不大于15℃,单位铁损不得超过该型号硅钢片的允许值(一般在1T时为2.5W/kg). 2.3.2《电力设备交接和预防性试验规程》(大唐集团公司Q/CDT 107 001-2005),磁密在1T下齿的最高温升不大于25℃,齿的最大温差不大于15℃,单位损耗不大于1.3倍参考值。在磁密为1T下的持续试验时间为90min,在磁密为1.4T下的持续时间为
第四节汽轮发电机 汽轮发电机是同步发电机的一种,它是由汽轮机作原动机拖动转子旋转,利用电磁感应原理把机械能转换成电能的设备。 汽轮发电机包括发电机本体、励磁系统及其冷却系统等。 一、汽轮发电机的工作原理 按照电磁感应定律,导线切割磁力线感应出电动势,这是发电机的基本工作原理。汽轮发电机转子与汽轮机转子高速旋转时,发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电流后,便建立一个磁场,这个磁场称主磁极,它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个极出来,经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入转子另一个极构成回路。 根据电磁感应定律,发电机磁极旋转一周,主磁极的磁力线北装在定子铁芯内的U、V、W三相绕组(导线)依次切割,在定子绕组内感应的电动势正好变化一次,亦即感应电动势每秒钟变化的次数,恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。 汽轮发电机转子具有一对磁极(即1个N极、一个S极),转子旋转一周,定子绕组中的感应电动势正好交变一次(假如发电机转子为P对磁极时,转子旋转一周,定子绕组中感应电动势交变P次)。当汽轮机以每分钟3000转旋转时,发电机转子每秒钟要旋转50周,磁极也要变化50次,那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次,这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转,在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势,即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端(即中性点)连在一起。绕组的首端引出线与用电设备连接,就会有电流流过,这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能的过程。 二、汽轮发电机的结构 火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构。发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。 发电机最基本的组成部件是定子和转子。 为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度,在这些部位埋置了多只测温元件,通过导线连接到温度巡检装置,在运行中进行监控,并通过微机进行显示和打印。
水轮发电机基本知识介绍 一. 关于发电机电磁设计 水轮发电机电磁设计的任务是按给定的容量、电压、相数、频率、功率因数、转速等额定值和其他技术要求来确定发电机的有效部分尺寸、电磁负荷、绕组数据及性能参数等。 水轮发电机电气参数的选择,主要依据电力系统对电站电气参数和主接线的要求,同时根据《水轮发电机基本技术条件》、《导体和电器设备选择设计技术规定》等相关规范来选择,当然也要根据具体电站的要求。 在电磁设计过程中考核的几个主要参数:磁密,定、转子线圈温升,短路比,主要电抗,效率,飞轮力矩。 二. 电磁设计需要输入的基本技术数据 (一)额定容量、有功功率、无功功率和功率因数的关系 Φ--发电机输出电流在时间相位上滞后于电压的相位角 额定容量S=√3U N I N =22Q P 有功功率P=√3U N I N cos φ=S ·cos φ 无功功率Q=√3U N I N sin φ=S ·sin φ cos φ= S P (二)发电机的电磁计算需要具备以下基本的额定数据: 功率/容量,功率因数,电压,转速(极数),频率,相数,飞轮力矩(转运惯量) 1. 额定容量(视在功率)或者额定功率(有功功率)
S=φ cos P (kV A / MV A ) P=水轮机额定出力×发电机效率 (kW / MW ) 发电机的容量大小更直接反映发电机的发电能力。有功功率结合功率因数才能完整反映发电机的输出功率能力。 2. 额定功率因数cos φ 发电机有功功率一定时,cos φ的减小,可以提高电力系统稳定运行的功率极限,提高发电机的稳定运行水平;同时由于增大了发电机的容量,发电机造价也增加。相反,提高额定功率因数,可以提高发电机有效材料的利用率,并可提高发电机的效率。近年来由于电力系统容量的增加,系统装设同步调相机和电力电容器来改善其功率因数,以及远距离超高压输电系统使线路对地电容增大,发电机采用快速励磁系统提高稳定性,使发电机额定功率因数有可能提高。 取值:0.8,0.85,0.875,0.9,国内大容量多取0.85~0.9,国外发达国家多取0.9~0.95。 灯泡式水轮发电机由于受结构尺寸限制,功率因数较一般水轮发电机的取值高,以减小气隙长度,提高通风冷却效果。 (1) 一般水轮发电机 GB/T7894-2009 水轮发电机基本技术条件:
#1发电机定子铁芯损耗试验方案批准: 会审: 编制:王太国胡丹 设备管理部 2010年10月20日
#1发电机定子铁芯损耗试验措施 一、组织措施 本次#1机A修发电机抽转子检查发现铁心风道齿条、铁芯本体风道齿条、穿心螺杆剩余紧力过小,由上海电机厂技术人员进行紧力补偿处理。检修处理后发电机铁芯进行铁耗试验以检验确认各部无受损情况,因试验涉及面广危险性高,为确保试验能顺利开展特成立#1发电机定子铁芯损耗试验小组。 组长:胡林 副组长:张宏、王太国 小组成员:张朝权(电机厂)、计磊(电机厂)、许军、杨光明、黄敬、杨彬、省电科院试验人员、国电山东、运行部当值值长、机组长等。 工作小组具体负责整个试验方案的执行,具体分解如下: 省电科院试验人员:对试验的正确性、安全性负责;审编试验技术方案;完成试验所有仪器的正确接线、数据收集整理;负责整个试验过程的指挥。 上海发电机厂技术人员:负责试验前定子膛类工作结束并检查未残留任何工器具、剩余材料、杂物等。对整个试验全过程监督。对正确试验方法下不损伤发电机负责。 运行部:负责试验准备工作中#1机6kv A段运行方式、负荷倒
换操作,以及试验电源的送电工作。按照《运行事故处理规程》相关规定,对试验过程中发生异常(如6kv失电)的事故处理。 设备部:对试验的必要性、可行性、正确性负责;6kv开关保护定值修改整定等,全过程配合电科院试验人员进行试验。 安二公司:负责完成试验前各项准备工作,负责发电机出线三相短路、励磁线圈的敷设接线工作,励磁电缆检查试验工作,全过程配合电科院试验人员进行试验。 二、预控措施 1、试验前试验人员现场对参加试验的人员进行技术交底,在试验前必须确认运行方式是否满足要求,严防因6kv A段失电影响#2机组的正常运行。运行人员提前熟悉试验方案并做好事故预想。 2、二次保护班按试验方案计算参数,提前把6kv试验电源开关的保护定值整定好,避免保护误动、拒动。 3、运行部按照试验方案条件需求做好运行方式的调整,避免因试验时电流不平衡6kvA段跳闸后对运行机组和公用系统的影响。并考虑好恢复失电的措施。 4、设备部对励磁线圈的制作敷设中要充分估算好高压电缆、中间接头、终端接头的绝缘强度,在制作过程中要按电气规范进行,试验不合格不得投用。重视穿入发电机膛内部分电缆的敷设工作,做好防护措施,不造成对发电机膛内各部件的损坏。 5、安徽二公司现场做好试验区域的防护防火工作,现场必须设置安全围栏、放置一定数量的消防器材。
水轮发电机组的检修要点及措施研究 发表时间:2018-01-17T13:55:08.740Z 来源:《建筑学研究前沿》2017年第23期作者:杨哨兵 [导读] 水力发电事业与我国人民群众的生产、生活紧密联系。 佛子岭水电站安徽六安 237272 摘要:随着社会生产、生活的发展对电力需求的扩大,水力发电成为人们关注的话题。作为新型环保式发电方法,水轮发电机组自然是要比消耗自然能源发电更加有利,并且其中也具备巨大的经济社会效益。但实际上,水力发电设备在工作运行的过程中,也会经常性地出现一些问题。泥沙淤积成堆、机器运行过程中自身的碰撞与磨损等都会造成发电机故障,造成各种问题的出现。要想保障水力发电站的安全、保证水轮发电机组的正常运行,及时定期的检查与维修则是不可缺少的环节。文章主要分析了水轮发电机组的检修要点及措施。 关键词:水轮发电机组;常见故障;检修对策;分析 水轮发电机组是水利工程中最重要的设备。水力发电事业与我国人民群众的生产、生活紧密联系。水力发电事业的良好发展不仅有利于降低人民生产生活的成本,更有利于推进我国能源结构的改善和国民经济的发展。本文针对水轮发电机组在运行的过程中常见的故障做了简要分析,对于故障出现的现象及原因进行了阐述,并针对故障问题提出了一系列相应的解决措施,为水轮发电机组日后安全有效的工作运行提供了参考与依据,希望能为水力发电事业日后的长远立足提供帮助。 1水轮发电机组的常见故障及原因 1.1地下式水电站易突发火灾 地下水力发电站的洞室具有内部狭窄、多密闭空间等结构特点,这样的特点常会造成火源发现困难,火势蔓延迅猛,不能及时抢救等状况,因此往往存在较大的火灾隐患,一旦危险发生,后果将不堪设想。此外,由于发电设备繁多,线路纵横,难以疏导,作为发电机动力源泉的油等大量易燃易爆炸物品积攒成堆,设备线路复杂多样等因素的存在,这就很容易造成火灾波及范围广,疏散不力而伤及人员数量多,经济损失难以估量等严重的后果。 1.2制动器问题 水轮发电机组在运行的过程还经常出现的就是制动器故障问题。制动器出现故障的原因有多种,比如:活塞卡塞,运动受阻,是防尘效果不好导致的;制动块的耐磨性比较差则会造成制动块寿命缩短、而载荷不均很可能导致污染绕组的现象出现、绕组绝缘强度降低则有可能是因为排油不净。诸多原因都可能是造成制动器的故障的原因,解决好了制动器问题,发电机设备才可能正常稳定的运行。 1.3发电机超负荷工作 当定子电流超过额定值1.1倍的时候,发电机就已经处在超负荷状态下工作了。水轮发电机组要在正常的电压下才能进行有效地工作,一旦定子电流超过了额定值,发电机会出于保护而发出警报,这时就需要立刻处理问题,排除故障。虽然短时间内的超负荷运行,对发电机不会有太大影响,但一定要严格参照发电机厂家规定的参数值,不得逾越。若不严格监督电流、电压的变化频率与大小,就很容易错过问题发生的瞬间。一旦超过参数允许值,就会形成超负荷,这将对发电机设备正常有效的运行产生很大影响。 2防范常见故障的措施 2.1提高相关工作人员水平 水轮发电机组监管与维修的复杂性与难度要求其技术人员要具有扎实的专业技术知识,过硬的专业维修能力。水利企业要积极鼓励并要求管理水力发电的技术人员定期参与岗位培训和技术培训,推广新技术,组织技术人员学习新知识,不断提高相关工作人员的综合素质水平。定期指派专家型技术人员对水轮发电机组等基础管理进行检查,指导开展工作,帮助解决水利技术上的问题。相关工作人员不仅要在工作实践中丰富自己的经验,也要加强业余学习,不断武装自己,进行自我探索,学无止境。此外,还要培养水力发电工作人员强烈的责任感与使命感,要求相关工作人始终拥有尽职尽责、艰苦奋斗的精神。相关管理人员也要科学统筹工作计划,对技术工作人员以及水轮发电机组进行合理的管理。不断学习国内外先进的科学技术、管理方式,以适应水力发电领域的发展,促使水利行业的进步。 2.2针对引发缘由做出相应举措 对于水轮发电机组在运行状态下出现的问题要及时检修,定期维护,及时更新损坏设备。对发电机设备的工作效率、磨损程度、电压情况等都要有更高的要求。在设备设计安装前要确保材料的质量,一定要选用质量好、可靠耐用的材料,拒绝质量参差不齐的产品,这样不仅能够保证水轮发电机组工作的稳定性,也是不浪费钱财的体现。相关工作人员一定要熟悉管理设备的使用与维护,科学选择发电机设备的型号,这样在发电机设备出现故障时,才能更加精确的发现问题,降低监测难度,以便于更快速更准确的维修。 加强对水轮发电机组的监管,完善监测体系,及时关注、察觉水轮发电机组的动态。要采用切实有效的监测手段,保证监测项目的布置科学合理。各种监测设施的选择安装要符合相关标准与参数,并在设计安装时及时的进行检查,注意加强对监测设施的保护。 制定一套合理可行的技术标准与管理制度能够为相关技术工作人员在监管或者维护水轮发电机组运行时提供标准和依据,避免由于事发突然而慌乱,或在维护和检测过程中出现疏漏,有利于人员更好的开展工作,减少工作中的差错,也能够减少水轮发电机组故障的发生,促进其更有效的工作。 2.3确定具体问题,对症下药 要想解决地下式水电站易发生火灾的情况,关键还是要改变其内部结构狭窄、空间密闭的问题。因此在设计建筑水电站的时候要充分考虑各种因素,如地形特征、地质条件等等,并结合工程实际情况做出合理有效的应急方案。同时,地下式水电站设备线路复杂,各种电压、电缆纵横交错,油等大量的动力原料的堆积就很容易形成火灾隐患。因此用油安全尤为关键,对于易燃易爆炸的物品放置一定要谨慎,要提前做好保护措施。 水轮发电机组制动器故障问题的引发原因有多种,活塞卡塞、粉尘污染、制动块磨损等都会使制动器出现问题。保障活塞在润滑的状态下工作是主要解决方式之一,目前,给活塞安装镶嵌聚四氟乙烯导向带和在制动柜的管路上安装油雾器是比较有效的解决方式,都能使制动器在制动过程中保持润滑,避免磨损。粉尘污染会使制动器在制动过程中产生有害气体,危害人体健康,因此在制动器配置上装上吸
Q615汽轮发电机运行 说明书
QFSN-300-2-20B型汽轮发电机运行说明书 编号:Q615 东方电机股份有限公司 2001年6月
汽轮发电机运行说明书 目录 1 启动前的检查 - - - - - - - - - - - - 1 2 启动 - - - - - - - - - - - - - - - - 4 3 停机 - - - - - - - - - - - - - - - - 7 4 正常与非正常运行 - - - - - - - - - 9 5 冷却介质的调节 - - - - - - - - - - 13 6 监视与记录 - - - - - - - - - - - - - 15
汽轮发电机运行 1.启动前检查 在机组启动前应完成下列检查项目: 1) 确认下列辅助系统处于良好状态. ?氢气系统 ?密封油系统 ?定子冷却水系统 ?氢气冷却器水系统 ?轴承润滑油系统 ?顶轴油系统 ?集电环通风管道 2) 检查发电机组的机械连接,确认无任何松动现象且机械连接可靠。 3) 检查电气连接,确认发电机组的主开关及发电机转子回路开关处于断 开位置。 4) 下列冷却介质应满足《技术数据汇总表》的规定。 ?机内氢气 ?定子冷却水 ?氢气冷却器水 5) 检查定子绕组、转子绕组及励端轴瓦的绝缘电阻: 定子绕组R绝缘> 5MΩ ( 2500 V 摇表) 转子绕组R绝缘> 1MΩ ( 500 V 摇表) 励端轴瓦R绝缘> 1MΩ ( 1000 V 摇表) 6) 确认检温计(埋入式检温计及就地直读式温度表)的读数是合理的。这 些读数应接近环境温度或机内温度。 注意:如果此时温度读数出现明显差别,那就意味着温度测量出现故障,其必须在运行前纠正。
高水头小容量水轮发电机组的选型设计(一) 摘要:根据三斗水库电站水轮机组为高水头、小容量的特点,结合溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站的情况,走访主要水轮发电机组设备制造厂,在机组订货和施工设计时就采取相应改进措施。投运后,达到设计要求,机组运行状况良好,经济效益可观。关键词:小型水电站水轮发电机组小型水轮机高水头水轮机水轮机选型经济效益1工程简况三斗水库为建瓯市溪屯溪流域水电资源开发规划的龙头水库,总库容530万m3,兴利库容437万m3,为年调节水库。电站压力引水隧洞长2160m,明敷压力钢管长438m,最高水头200.43m,设计水头174.7m,最低发电水头152.9m,设计流量1.84m3/s,装机容量2×1250kW。多年平均发电量827.58万kW·h,P=75%保证出力690kW,设备年利用小时3310h,水库及电站概算总投资2037万元。 三斗水库电站及赤坑水电站(装机2000kW)为溪屯溪规划开发的第一期工程,1986年12月动工,赤坑电站于1998年5月竣工发电,三斗电站于1999年9月开始试运行。 2水轮发电机组的选型设计 三斗水库电站设计水头174.7m,单机容量1250kW,为高水头、小容量水轮发电机组,查“中小型反击式水轮机使用范围综合图”,本电站水轮机选择在冲击式水轮机范围。冲击式水轮机具有构造简单、出力变化时对机组效率影响较小等优点,特别是其折向器的作用对调保有利,可节省调压井等水工建筑物的造价,但其转速低,机组体积大;混流式水轮机则其转速高,机组体积小,且运转可靠效率较高,并有适应水头范围宽的优势,还可利用尾水管回收能量,减少厂房开挖工程,但在低负载时机组效率降低较多。经机型选择计算,初选了CJA237-W-125/14.5水轮机,配套SFW1250-14/1730发电机和HLD54-WJ-55水轮机,配套SFW1250-4/1170发电机两种机型。 走访闽、浙、赣三省主要水轮发电机设备制造厂,厂家表示两种机型均可生产供货,对高转速机组的运行都有所担心,推荐本站采用冲击式机组。初步报价两种机型的水轮机和发电机主设备价格相差悬殊,冲击式1套141.2万元,混流式1套只70万元。初设中经两种机型的辅助设备配套和水工建筑物不同方案的投资对比,在造价上选用混流式机组仍可节省84.2万元;此外选用HLD54-WJ-55水轮机在本站的水力条件下,运行区域很理想,溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站,对有水库调节的更应发挥顶峰作用,一般时间在较高出力区运行,既使水库水位变化,机组也运行在较高效率区内,为此初设推荐选用HLD54-WJ-55配SFW1250-4/1170水轮发电机组。3小转轮高转速混流式水轮发电机组的运 行问题和改进措施选用混流式水轮发电机组,其额定转速达到1500r/min,其运行状况是我们最为关注的问题,据设备生产厂家介绍,当时浙、赣两省尚没有相近规模高水头小转轮高转速的水电站,仅福建水力发电设备厂制造安装在龙岩大片溪水电站(H=177.7m,HLD54-WJ-60,SFW1600-4/1170)和漳平岭兜水电站(H=180m,HLA179-WJ-60,SFW1600-4/1170)有4台机组水力条件和装机规模相近,机组额定转速为1500r/min,并已建成发电。 经现场考察,两站4台机组均已投产1年以上,运行中主要问题为:机组转速高、噪音大,轴承温度偏高(推力轴承63℃,导轴承55℃),轴承润滑油为油泵供油外循环水冷却系统,设置了重力油箱、回油箱、油泵及冷却水池等设施,不仅增加投资加大运行维护工作量,而且供油或供水系统发生故障时易发生烧瓦事故或被迫停机维修而影响正常发电。 在机组订货和施工设计时,经与福建水力发电设备厂设计、生产、经营有关人员多次协商探
汽机发电机铁芯温度过高原因分析及处理 发表时间:2019-07-02T14:36:30.080Z 来源:《河南电力》2018年23期作者:毛国华 [导读] 广东某发电厂一期#1、2发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的QFS-125-2型双水内冷汽轮发电机。 (广东粤电博贺煤电有限公司广东茂名 525000) 摘要:本文主要介绍QFS-125-2型双水内冷汽轮发电机定子铁芯第8、10、24、26点等四点温度一直偏高原因分析及改造效果。 关键词:发电机;定子;铁芯;温度;8氟橡胶 引言 广东某发电厂一期#1、2发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的QFS-125-2型双水内冷汽轮发电机。由于发电机定子铁芯两侧端部通风风力不足、定子膛内冷却风量分配不均等原因,造成定子铁芯两侧端部局部过热。在夏季定子铁芯两侧端部个别位置温度最高达到 130℃,超过规定值120℃。通过改造发电机空冷系统及在发电机定子膛内加装8氟橡胶挡风板改变发电机两侧端部分布风量、调整发电机转子风扇叶片角度增大冷却风力来降低发电机定子铁芯两侧端部温度高的问题,将发电机定子铁芯温度保持在106℃以下。 1、发电机定子铁芯温度过高位置点 #1、2发电机自投产后其定子铁芯第8、10、24、26点等四点温度一直偏高。尤其第8点铁芯温度测点经常超标报警,最高温度达130℃,超出规定值120℃。此缺陷严重危及到发电机组的安全运行。 2、发电机定子铁芯温度过高原因分析 发电机的定子铁芯和端部结构件及转子表面是依靠发电机转子风扇使空气循环来冷却,发电机转轴上的风扇与空气冷却器组成一个封闭循环系统。冷风由安装在转子轴两端的轴向风扇处进入,通过转子表面流经定子铁芯径向通风道再进入发电机下面的出风口进入空气冷却器。 根椐测点显示发电机定子铁芯第8、10、24、26温度高点核对位置分是定子铁芯第62、61、5、4段轭部,发电机定子铁芯分为65段,温度高部位分布在定子铁芯对应两侧端部的轭部。如(图1)所示。其它部位温度都在100℃以下。针对发电机定子铁芯第62、61、5、4段轭部等四个部位温度过高分析有以下原因: 该部位铁芯短路;测温元件误差大;冷却风路漏风或阻塞;发电机空气冷却器冷却能力不足;发电机定子铁芯两侧端部通风不足;发电机定子膛内冷却风量分布不均匀;定子铁芯两端部位存在漏磁现象,风力不足带不走该部位涡流产生的热量;发电机运行中风量不足难易带走铁芯产生的热量,从而引起膛内热风滞流的原因导致铁芯两侧端部对应部位温度高。 排除发电机定子铁芯端部温度高的原因: (1)、检测发电机定子铁芯测温元件,在温度温度36℃测量阻值113.94Ω,运行显示125℃时解除测温元件接线测量阻值得147.94Ω。经查有关手册核对阻值准确,证明测温元件准确无误。 (2)、判断冷却器冷却能力,根椐发电机冷却器的进口风温为64℃出口风温为40℃,进、出口风温能达到要求。 (3)在大修时解体发电机检查风路系统各密封处密封良好,无阻塞现象。 (4)发电机定子铁芯无短路、测温元件准确、冷却水路无堵塞、冷却风道无漏风、冷却器冷却能力无不足。 造成发电机定子铁芯端部温度过高主要原因是: (1)定子铁芯两侧端部通风能力不足或定子膛内冷却进风量分配不均,造成该部位局部过热。 (2)定子铁芯两端部位存在漏磁现象,风力不足带不走该部位涡流产生的热量,亦会使该部位易产生涡流过热现象。 (3)发电机运行中风量不足难易带走铁芯发出的热量,从而引起其膛内热风滞流导致该部位经常超温报警。 3、发电机定子铁芯温度过高处理方法 在#1、2机组同时大修时按如下方案对#1、2发电机进行改造: (1)解体发电机,调整发电机转子汽、励两端风扇叶片角度,由原来的25026/调整为300,更换相应损坏的保险垫圈、螺母等,固定风叶后对风扇叶片进行金属探伤无裂纹。调整风扇叶片角度后提高发电机的冷却风量,增加定子冷却进风量约10%。 (2)增加定子内膛两侧端部挡风板(图2),将定子内膛两端的第一、二根槽楔打出并将第一根槽楔锯短5mm。在发电机定子堂内圆第二根槽楔与第三根槽楔间安装挡风板,内圆尺寸为R555,材料为8氟橡胶高度为15mm、厚5mm,数量74块。更换相应损坏的槽楔等,并用绝缘材料牢固绑扎端部。处理后可增加铁芯的两侧端部的冷却风风量约8%;即改变发电机进风量分配,增加发电机两侧端部铁芯的冷却风量,从而提高发电机端部铁芯的冷却效果。 图2 改造后发电机定子铁芯 4、发电机大修改造后定子铁芯温度情况 通过上述改造#1发电机组大修后投运时,其定子铁芯两侧端部部分原先经常超温报警的缺陷已得到彻底消除(对比修前和修后的数据
水轮机甩负荷定义 中文名称: 甩负荷 英文名称: load rejection 定义: 机组在运行中突然失去负荷。由于导叶来不及迅速关闭,导致机组的转速与蜗壳压力升高,而尾水管的压力则降低或真空度加大。应用学科: 电力(一级学科);水力机械及辅助设备(二级学科) 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 甩负荷的英语对应翻译为:load shedding 甩负荷分为两种,一种是主动甩负荷:当电网提供的有功大大小于系统需要的有功,主动甩掉部分不重要的负荷,提高电网供电质量。一种是故障甩负荷,发生这种事故的原因除了电网不正常之外,发电机的主开关跳闸、汽机主汽门脱扣等都是引起该事故的原因。当电站突然甩去大量负荷时,二回路蒸汽流量急剧下降,使一回路冷却剂温度及压力迅速上升。这就是甩负荷事故。 在水电站中甩负荷是一种常见的现象。水轮发电机组发生甩负荷后,巨大的剩余能量使机组转速上升很快,调速器迅速关闭导叶,并
经过一段时间的调整,重新稳定在空载工况下运行。在甩负荷过程中,除了调节保证计算所关心的最大转速上升值和最大水击压力上升值外,还要对甩负荷动态过程品质指标的优劣进行考核。 1.1、转速上升时间:机组甩100%额定负荷后,由于剩余能量巨大,转速上升很快。正常情况下,调速器以最大速度关闭导叶到零开度,转速上升时间tM=tc+tn,其中:tc为调速器迟滞时间,取决于调速器的死区大小、机组转速的上升速率以及运行工况等,调速器在非限制条件下,tc一般大约在0.2s~0.3s。tn为调保计算中的升速时间,被定义为自导叶开始动作到最大转速所经历的时间。升速时间tn取决于水轮机主动力矩和机组惯性力矩之比,即与机组特性有关。采用比转速(ns)统计法有:为相对升速时间,τn=0.9-0.00063·ns。可以看出,相对升速时间τn随比转速的增加而减少,即低比转速、高水头水轮机相对升速时间大,高比转速、低水头水轮机相对升速时间小。T′s为导叶直线关闭时间。由于迟滞时间tc 较升速时间tn小得多,一般情况下,可将转速上升时间tm等同于调保计算中的升速时间tn看待。根据统计资料大多机组的tm=(2~6)s 。 1.2、转速下降时间(tD) 它表示机组甩负荷后,导叶直线关闭到零并一直保持到零开度(相当于机组紧急停机)情况下,自最高转速下降到空载转速区域为止的时间,或称为最快转速下降时间。在最高转速之前,机组处于水轮机工况,之后,进入制动和反水泵工况,转轮
水轮发电机常见故障及处理 由于水轮机发电机组的结构比较复杂,有机械部分、电气部分以及油、气、水系统,它受系统和用户运行方式的影响,还受天气等自然条件影响。容易发生故障或者不正常运行状态。某一次故障可能是一种偶然情况,但对整个机组运行来说又是一种必然事件。运行人员应从思想、技术、组织等各个方面做好充分准备。 (1)运行人员平时应加强理论学习,尽可能掌握管辖设备的工作原理和运行性能。 (2)运行人员应熟悉各设备安装为止,各切换开关、切换片位置。 (3)运行班组应针对各种主要故障制定事故处理预案并落实到人。 (4)运行现场应准备必要的安全防护用具及应急工具。 (5)运行人员应由临危不乱沉着应对的心理素质。 发电机的异常运行及处理 发电机在运行过程中,由于外界的影响和自身的原因,发电机的参数将发生变化,并可能超出正常运行允许的范围。短时间超过参数规定运行或超过规定运行参数不多虽然不会产生严重后果,但长期超过参数运行或者大范围超过运行参数就有可能引起严重的后果,危机及发电机的安全应该引起重视。 一、发电机过负荷 运行中的发电机,当定子电流超过额定值1.1倍时,发电机的过负荷保护将动作发出报警信号。运行人员应该进行处理,使用其恢复正常运行。若系统未发生故障,则应该首先减小励磁电流减小发电机发出的无功功率;如果系统电压较低又要保
证发电机功率因数的要求,当减小励磁电流仍然不能使用定子电流降回来额定值时,则只有减小发电机有功负荷;如果系统发生故障时,允许发电 1 机在短时间内过负荷运行,其允许值按制造厂家的规定运行。 (1)现象 1)发电机定子电流超过额定值; 2)当定子电流超过额定值1.1倍时,发电机的过负荷保护将动作发出报警信号,警铃响,机旁发“发电机过负荷”信号,计算机有报警信号; 3)发电机有功、无功负荷及转子电流超过额定值。 (2)处理 1)注意监视电压、频率及电流大小,是否超过允许值; 2)如电压或频率升高,应立即降低无功或有功负荷使定子电流降至额定值,如 调整无效时应迅速查明原因,采取有效措施消除过负荷; 3)如电压、频率正常或降低时应首先用减小励磁电流的方法,消除过负荷,但 不得使母线电压降至事故极限值以下,同时将情况报告值长; 4)当母线电压已降到事故极限值,而发电机仍过负荷时,应根据过负荷多少,采取限负荷运行并联系调度起动备用机组等方法处理。 注意:通过相量图可分析出:图(a)减少励磁电流,会降低定子电流I,功率因素cosψ增大;图(b)减少有功,会降低定子电流I,功率因素cosψ减小。
85MW高转速水轮发电机转子设计 【摘要】发电机转子是水轮发电机组中的关键部件,对于大容量、高转速转子结构设计更是行业内研究的重点和难点。本文重点介绍GD-3电站转子结构设计特点、关键部件应力分析及结构优化成果,为同类高转速水轮发电机转子结构设计提供参考、借鉴和经验交流。 【关键词】高转速转子;结构特点;应力分析 Design of 85MW High Speed Hydro Generator Rotors HU Jin-xiuHU Xiang-fu (DEC DongFeng Electric Machinery Co.,LTD. Leshan Sichuan,614000,China) 【Abstract】Generator rotor is the key component among the hydro generating unit. The structural design for the rotor with large capacity and high speed is the focus and difficulty of the research in industry. In this paper, the structural design characteristics of generator rotor and the stress analysis and structural optimization result of the key components for GD-3 Project in Ethiopia are presented for the purpose of reference and experience exchange for the structural design of high speed hydro generator rotors of similar kind. 【Key words】High Speed Rotor; Structural Characteristics; Stress Analysis 1电站概述 埃塞俄比亚GD-3水电站位于埃塞俄比亚首都亚的斯南部,装设3台单机容量85MW的立轴混流式水轮发电机组。发电机机型为SF85-14/5000,水轮机型号HLA892-LJ-245,最大水头273m,采用密闭自循环双路径向无风扇端部回风冷却系统。具有上、下两个导轴承,推力轴承与上导轴承合用一个油槽,布置在上机架推力油槽内。该电站单机容量大、转速高,飞逸工况下发电机转动部件的最大线速度高达168.37 m/s。发电机设计时,需确保各主要受力部件满足发电机在各种工况下运行的安全稳定性,同时还需考虑其工艺性和经济性。高转速、大容量水轮发电机的结构设计,特别是转子结构设计一直是行业内研究的重点和难点,它的性能好坏直接影响整个机组的安全稳定运行。 GD-3电站发电机主要技术参数: 额定容量100MV A 额定功率85MW
1.概述 QF-18-2型汽轮发电机为我厂自行设计制造的三相交流发电机,与相应的汽轮机配套。发电机型号意义说明如下: QF - 18 - 2 极数:2极 汽轮发电机额定功率18MW 本系列发电机额定转速为3000r/min,额定频率为50Hz,发电机由汽轮机直接耦合传动,采用同轴交流无刷励磁。 发电机采用空冷密闭自循环通风系统。 发电机旋转方向从汽轮机端向发电机看为顺时针方向。 2.技术数据 2.1发电机的技术数据: 表1 2.2正常使用条件: 2.2.1海拔不超过1000m。 2.2.2冷却空气温度不超过+40℃。 2.2.3安装在掩蔽的厂房内。 2.3电机各部分的温升和温升限值 2.3.1发电机在按表1规格、参数及2.2条使用条件下额定运行时,其温升限值(B级考核)见表2: 表2
2.3.2轴承出油温度应不超过65℃,轴瓦温度不超过80℃。 3.结构说明 3.1本系列汽轮发电机的结构详见随机图纸。 3.2定子 3.2.1定子机座采用钢板焊接,为了便于嵌线及检修,设计成短机座,其吊攀焊于两侧。 3.2.2定子铁心由优质硅钢片冲制迭装,中间有通风槽钢支撑,形成径向通风沟,定子槽形为开口式矩形槽。 3.2.3定子线圈采用半组式,端部结构为篮形。线圈直线部分360°换位。线圈绝缘是用粉云母带连续包扎、热压成型。线圈端部以三角形绝缘支架为支撑,用绑线将线圈端部与绑环扎紧成一个整体,定子线圈在非汽机端设有六根引出线。 3.3转子 3.3.1转子是用整体优质合金钢锻制,辐向开有线槽,并在小齿二端开有月形槽,用于转子端部通风冷却。 3.3.2转子线圈由扁铜线绕成,转子线圈端部绝缘用绝缘垫块楔紧,楔紧后烘压成一个整体。 3.3.3转子槽楔中部为硬铝,两头为铝青铜,通风槽楔为钢,其上钻有孔,用以通风。 3.3.4转子护环为非磁性钢锻成,在转子两端装有轴流旋浆式风扇。 3.4端盖及底盖 3.4.1端盖分为内、外端盖,由铸铁制成,设有观察窗、灭火管及气封装置。 3.4.2底盖由钢板焊接而成,同样设有灭火管,非汽机端的底盖装有出线板,六根引出
水轮发电机快速维修的方案事项 发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此,其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。 水轮发电机作为发电机类型中的一种,有着设备的常见性与特殊性,尤其是轴部分,经常造成损坏。这主要是水轮发电机的发电量与水量的大小和水位落差有直接关系,水流速越快发电机转速越高,转速越高对同心度要求就越高。因此对于电机轴修复后保证同心度是关键要素,通常电机轴修复都需要在修复后经车床进行车削处理,以确保直线度,但在无法实现加加工的现状下,在线修复其确保同心的技术把控尤为重要。以往实现电机转子旋转或利用加工刀具旋转是发电机轴承位要达到原有同心和尺寸公差,或者修复后同心度和尺寸公差在允许公差范围以内的必要手段。 对于发电机轴承位的维修,必须达到修复后同心度、修复后的尺寸公差以及修复后部件配合的精度要求,才能满足电机的运行要求。索雷碳纳米聚合物材料固化后具有金属的特性和强度,可以满足车、铣、刨、磨要求。在无法实现机加工时,利用工装尺寸和材料未固化前的可塑性,重新注塑成型一个新的位置,以满设备部件装配条件和使用要求。索雷碳纳米聚合物材料不会产生焊接热应力,不会改变金属材质性能。 索雷工装修复工艺是在无法实现机加工情况下方便、快捷、有效的修复措施。它有别于机加工工艺,是在设备不旋转的条件下恢复轴径尺寸,是利用电机轴初始加工尺寸为基准进行修复,其修复形状公差和尺寸公差都可以控制在范围之内。索雷工装尺寸精度根据轴上各定位尺寸公差精加工而成,加工精度越高,恢复的轴径尺寸越精确。
汽轮发电机系统 汽轮机在火电厂中的地位 自然界中能够产生能量的资源称为能源。电力工业是能源转换的工业,它把一次能源(如煤炭、石油、天然气、水能风能、核聚变能等)转化为电能,使之成为通用性更强的二次能源。 汽轮机是以水蒸汽为工质,将热能转变为机械能的外燃高速旋转式原动机。它具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等优点。在现代火电厂和核电站中,汽轮机是用来驱动发电机生产电能的,故汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组,全世界由汽轮发电机组发出的电量约占各种形式发电总量的80%左右。汽轮机还可用来驱动泵、风机、压气机和螺旋浆等。所以汽轮机是现代化国家重要的动力机械设备。 汽轮机设备是火电厂的三大主要设备(汽轮机,发动机,电动机之一,汽轮机设备及系统包括汽轮机本体、调节保安油系统、辅助设备及热力系统等。汽轮机本体是由汽轮机的转动部分(转子)和固定部分(静体或静子)组成;调节保安油系统主要包括调节汽阀、调速器、调速传动机构、主油泵、油箱、安全保护装置等;辅助设备主要包括凝汽器、抽气器(或水环真空泵)、高低压加热器、除氧器、给水泵、凝结水泵、凝升泵、循环水泵等;热力系统主要指主蒸汽系统、再热蒸汽系统、凝汽系统、给水回热系统、给水除氧系统等。 汽轮机的分类: 一、按工作原理分类: ①冲动式汽轮机。主要由冲动级组成,蒸汽主要在喷嘴叶栅(或静叶栅)中膨胀,在动叶栅中只有少量膨胀。 ②反动式汽轮机。主要由反动级组成,蒸汽在喷嘴叶栅(或静叶栅)和动叶栅中都进行膨胀,且膨胀程度相同。 二、按热力特性分: ①凝汽式汽轮机:蒸汽在汽轮机中膨胀作功后,进入高度真空状态下的凝汽器,凝结成水。 ②背压式汽轮机:排汽压力高于大气压力,直接用于供热,无凝汽器。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时,称为前置式汽轮机。 ③调整抽汽式汽轮机:从汽轮机中间某几级后抽出一定参数、一定流量的蒸汽(在规定的压力下)对外供热,其排汽仍排入凝汽器。根据供热需要,有一次调整抽汽和二次抽汽之分。 ④中间再热式汽轮机:蒸汽在汽轮机内膨胀作功过程中被引出,再次加热后返回汽轮机继续膨胀作功。 背压式汽轮机和调整抽汽式汽轮机统称为供热式汽轮机。目前凝汽式汽轮机均采用回热抽汽和中间再热。 三、按主蒸汽参数分 进入汽轮机的蒸汽(初蒸汽或者主蒸汽)参数是指进汽的压力和温度,按不同的压力等级可分为: ①低压汽轮机:主蒸器压力小于1.47Mpa; ②中压汽轮机:主蒸器压力为1.96---3.92Mpa; ③高压汽轮机:主蒸器压力为5.88---9.8Mpa; ④超高压汽轮机:主蒸器压力为11.77---13.93Mpa; ⑤亚临界压力汽轮机:主蒸器压力为15.69---17.65Mpa; ⑥超临界压力汽轮机:主蒸器压力大于22.15Mpa; ⑦超超临界压力汽轮机:主蒸器压力大于32Mpa。 此外按汽流方向分类可分为轴流式、辐流式、周流式汽轮机;按用途分类可分为电站 - 1 -